CA2059507C - Method and apparatus for exploring subsoil involving the emission of a series of seismic pulses - Google Patents
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Abstract
On transmet dans le sol des impulsions sismiques réparties dans le temps de façon irrégulière (suivant un code aléatoire ou pseudo-aléatoire par exemple) et on capte par un système de réception les ondes directes et celles renvoyées par les discontinuités du sous-sol. Le spectre de fréquence des signaux émis et reçus est subdivisé en plusieurs bandes et les composantes des signaux dans chacune des bandes sont réduits à des signaux élémentaires traduisant leurs changement de signe (bit de signe) et enregistrées. On procède alors pour chaque capteur du système de réception, à une corrélation des signaux élémentaires associés respectivement aux signaux émis et reçus, à une sommations des produits de corrélation associés à chaque capteur, et l'on réalise avec les sommes obtenues, des coupes sismiques très comparables à ce que l'on obtiendrait en numérisant les signaux reçus en pleine précision, comme dans les méthodes classiques. Application à la prospection en 2D ou 3D autour d'un puits en cours de forage avec un outil de forage par exemple.We transmit in the ground seismic pulses distributed in time in an irregular way (according to a random or pseudo-random code for example) and we capture by a reception system the direct waves and those returned by the discontinuities of the subsoil. The frequency spectrum of the transmitted and received signals is subdivided into several bands and the components of the signals in each of the bands are reduced to elementary signals translating their change of sign (sign bit) and recorded. One then proceeds for each sensor of the reception system, to a correlation of the elementary signals associated respectively to the transmitted and received signals, to a summation of the correlation products associated to each sensor, and one carries out with the sums obtained, seismic cuts very comparable to what one would obtain by digitizing the signals received in full precision, as in conventional methods. Application to prospecting in 2D or 3D around a well during drilling with a drilling tool for example.
Description
L'invention a pour objet une méthode et un dispositif d'exploration sismique comportant l'émission dans des formations souterraines de suites d'impulsions sismiques réparties dans le temps de façon irrégulière.
Plus particulièrement L'invention concerne une méthode et un dispositif de prospection sismique permettant de repérer la position des discontinuités du sous-sol par exemple, par une exploitation du bit de signe associé aux ondes captées après leur propagation par un système de réception et d'acquisition placé en surface ou dans un puits à la suite de l'émission d'une telle suite d'impulsions acoustiques.
La méthode et le dispositif selon l'invention conviennent en particulier pour des opérations de prospection sismique terrestre autour d'un puits en cours de forage pour restituer la position de réflecteurs souterrains, si l'on utilise un outil de forage produisant des impulsions sismiques au caurs de son avancement dans les terrains traversés, tel qu°un tricône conventionnel.
Les méthodes de prospéction sismique comportent généralement l'émission dans les formations à explorer; d'ondes sismiques sous forme de vibrations ou d'impulsions brêves, la réception des ondes qui se sont propagées dans le sous-sol part, un ensemble de réception comportant une pluralité de capteurs, l'enregistrement des ondes captées et une série de traitements destinés à améliorer la lisibilité des coupes sismiques réalisées à
partir de ces enregistrements.
Par les brevets FR 1 584 951; U5 2 933 144 et 4 207 619 ou la demande PCT W085/05696 notamment, on tonnait des méthodes où les ondes sismiques sont émises par une source progressant avec un outil The subject of the invention is a method and a device seismic exploration including emission in formations underground seismic pulse sequences distributed over time irregularly.
More particularly The invention relates to a method and a seismic prospecting device to identify the position of the discontinuities in the basement for example, by a exploitation of the sign bit associated with the waves received after their propagation by a reception and acquisition system placed in surface or in a well following the emission of such a suite of acoustic impulses.
The method and the device according to the invention are suitable in particular for ground seismic prospecting operations around a well being drilled to restore the position of underground reflectors, if using a drilling tool producing seismic pulses at the heart of its advancement in the fields crossed, such as a conventional tricone bit.
Seismic prospecting methods include generally the program in the formations to be explored; of waves seismic in the form of vibrations or brief pulses, the reception of the waves which are propagated in the basement leaves, a reception assembly comprising a plurality of sensors, recording of the waves received and a series of treatments intended to improve the readability of the seismic sections made at from these records.
By patents FR 1,584,951; U5 2,933,144 and 4,207,619 or PCT application W085 / 05696 in particular, methods were thundered where seismic waves are emitted by a source progressing with a tool
2 de forage et sont reçues par un ensemble de capteurs disposés en surface. Cette ondes peuvent être produites par le trépan de forage lui-même au contact des roches à forer ou résulter d'impacts appliqués au trépan de forage durant son avancement ou bien encore une source vibrante intercalée sur la colonne de forage.
Une méthode de traitement classique consiste (par une opération dite de cross-correlation) à corréler chaque trace sismique obtenue, dans son entier avec le signal émis également dans son entier puis, par empilement (ou stacking), à la combiner avec d'autres traces également corrélées et se rapportant à des points de réflexion communs CCDP). ' Par les brevets US 4 058 791, 4 346 461 ou 4 543 632 par exemple, on connait des applications à la prospection sismique d'un même principe général. Selon ce principe, les opérations de traitement précédentes sont effectuées à partir de signaux réduits à leurs signes par écrêtement ou "clipping". Les signaux émis sont des vibrations de Longue durée dont la fréquence varie de façon uniforme à l'intérieur d'un spectre de fréquence défini, soit de façon uniforme, soit suivant un code pseudo-aléatoire. les signaux sont émis par une source vibrante disposée à la surfàce du sol ou bien remorquée derrière un navire dans le cadre d'opérations de prospection sismique en mer. Les méthodes sismiques impliquant la sélection et le traitement du seul bit de signe sont avantageuses car on restreint considérablement le volume de données à traiter et l'on peut de ce fait multiplier le nombre de capteurs et de voies d'acquisition sismiques. Cependant, ces méthodes antérieures ne sont pleinement efficaces qu°avec des sources vibrantes particulières.
La méthode d'exploration sismique selon l'invention peemet l'application de ce même principe à des sources acoustiques ou Sismiques impulsionnelles. ELIe est caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison - l'émission d'une suite irrégulière de signaux sismiques impulsionnels; 2 and are received by a set of sensors arranged in area. This waves can be produced by the drill bit itself in contact with the rocks to be drilled or resulting from applied impacts to the drill bit during its advancement or even a source vibrator inserted on the drill stand.
A conventional treatment method consists (by a so-called cross-correlation operation) to correlate each seismic trace obtained, in its entirety with the signal transmitted also in its entirety then, by stacking (or stacking), to combine it with other traces also correlated and related to common points of reflection CCDP). '' By US patents 4,058,791, 4,346,461 or 4,543,632 by example, we know of applications to seismic prospecting of a same general principle. According to this principle, processing operations previous are made from signals reduced to their signs by clipping or "clipping". The signals emitted are vibrations of Long duration, the frequency of which varies uniformly indoors of a defined frequency spectrum, either uniformly or according to a pseudo-random code. signals are emitted by a source vibrator arranged on the ground surface or towed behind a ship in the context of seismic prospecting operations at sea.
seismic methods involving the selection and processing of the sole sign bit are advantageous because we considerably restrict the volume of data to be processed and we can therefore multiply the number of sensors and seismic acquisition channels. However, these previous methods are only fully effective with sources special vibrating.
The method of seismic exploration according to the invention peemet the application of this same principle to acoustic sources or Impulse seismics. ELIe is characterized in that it features in combination - the emission of an irregular series of seismic signals impulse;
3 - la réception des si.c~naux sismiques;
- le découpage du spectre de fréquence des signaux reçus et des signaux impulsionnels émis en plusieurs bandes de fréquence;
- dans chacune desd.it:es bandes ainsi formées, la réduction des signaux reçus en séquences de signaux élémentaires indicatifs de leurs signes respectifs ou bits de signe;
- dans chacune desdites bandes de fréquence également, la réduction des signaux impulsionnels émis à des séquences de signaux élémentaires indicatifs de leurs signes respectifs ou bits de signe;
- la corrélation dans chaque bande de fréquence des signaux élémentaires associés respectivement aux signaux émis et reçus; et - le filtrage des signaux résultent des corrélations effectuées dans chacune desdites bandes de fréquence par des filtres de bande passante adaptée.
La méthode peut comporter en outre la sommation après filtrage des signaux résultant des différentes corrélations effectuées. Suivant un mode de réalisation particulier on effectue avant ladite sommation une adaptation des signaux.
Suivant un mode de réalisation, l'émission irrégulière de signaux sismiques impulsionnels est réalisée par exemple au moyen d'un outil de forage au cours de son avancement dans un puits et les signaux sismiques sont reçus par des capteurs sismiques répartis de manière à
obtenir une restitution en deux ou trois dimensions de la zone explorée.
3a Les capteur:> sismiques sont disposés par exemple à la surface du sol. autour du puits foré ou bien encore dans un puits.
De préférence, suivant une autre réalisation, l'émission irrégulièrf=_ de signaux sismiques impulsionnels est réalisée au moyen d'une source disposée à la surface du sol ou à son voisinage.
De préférence, suivant une réalisation, l'émis sion irrégulière de signaux impulsionnels consiste en une suite d'impulsions à. répartition aléatoire ou pseudo aléatoire.
Le dispositif d'exploration sismique du sous-sol selon l'invention comporte une source sismique émettant des impulsions, un ~~~~rr 3 - reception of seismic signals;
- the cutting of the frequency spectrum of the received signals and pulse signals emitted in several bands of frequency;
- in each of the bands thus formed, the reduction signals received in elementary signal sequences indicative of their respective signs or sign bits;
- also in each of said frequency bands, the reduction of impulse signals transmitted to sequences of elementary signals indicative of their signs respective or sign bits;
- the correlation in each frequency band of elementary signals associated respectively with the signals issued and received; and - signal filtering results from correlations performed in each of said frequency bands by suitable bandwidth filters.
The method may also include summation after filtering the signals resulting from the different correlations made. According to an embodiment particular one performs before said summation a adaptation of signals.
According to one embodiment, the emission irregular pulsed seismic signals is performed for example by means of a drilling tool during its advancement in a well and the seismic signals are received by seismic sensors distributed so as to get a two or three dimensional restitution of the area explored.
3a The sensors:> seismic are arranged for example overground. around the drilled well or even in a well.
Preferably, according to another embodiment, irregular emission = _ of pulsed seismic signals is carried out by means of a source placed on the surface of the ground or its vicinity.
Preferably, according to one embodiment, the emitted irregular pulse signaling consists of a following pulses at. random or pseudo distribution random.
The underground seismic exploration system according to the invention comprises a seismic source emitting impulses a ~~~~ rr
- 4 -système de réception sismique pour capter les ondes et un laboratoire central de commande et d'enregistrement. Il est caractérisé en ce que - la source sismique est adaptée à émettre une suite irréguli?re d'impulsions sismiques;
- le système de réception comporte un ensemble de capteurs et des premiers moyens de filtrage pour séparer en plusieurs bandes de fréquence adjacentes le spectre des signaux reçus par chaque capteur, et des premiers moyens d'écrêtage pour réduire chaque signal constitutif en un signal élémentaire indicatif de son signe à
chaque instant ou bit de signe;
- la source sismique est associée à des deuxièmes moyens de filtrage pour séparer en plusieurs bandes de fréquence adjacentes identiques à celles des premiers moyens de filtrage, le spectre des signaux émis par la source, et des deuxièmes moyens d'écrëtage pour réduire chaque signal constitutif issu des deuxièmes moyens de filtrage en un signal élémentaire indicatif de son signe à chaque instant ou bit de signe;
- le laboratoire central comprend un ensemble de traitement comportant des moyens pour corréler les signaux élémentaires respectifs issus des premiers et des deuxièmes moyens d'écrêtage, des moyens de filtrage numérique pour filtrer dans chacune desdites bandes de fréquence les signaux issus des moyens de corrélation et des moyens pour sommer séparément pour chacun des capteurs, les signaux corrélés en relation avec une même position de la source.
La source sismique est par exemple un outil de forage entrainé en rotation, et le système de réception comporte par exemple ' une pluralité de capteurs disposés au voisinage du puits en cours de forage. Ce outil de forage peut être par exemple associé à des moyens hydrauliques pour lui appliquer des contraintes verticales intermittentes.
Le systéme de réception comporté par exemple dés appareils d'acquisition reliés au laboratoire centraC par des moyens de transmission, pour collecter chacun les signaux reçus par plusieurs capteurs, chaque appareil d'acquisition étant pourvu de premiers moyens de filtrage et de premiers moyens d'écrêtage, le laboratoire central comportant des moyens d'enregistrement pour mémoriser lesdits signaux élémentaires transmis par les appareils d'a~~quisition et un calculateur pour effectuer lesdites corrélations et lesdites sommations.
Chaque appareil d'acquisition peut comporter en outre des moyens de mémorisation temporaire desdits signaux élémentaires.
De préférence, suivant un autre mode de réalisation, l'émission d'une suite aléatoire de signaux sismiques impulsionnels est réalisée au moyen d'une :source disposée à la surface. du sol ou à son voisinage.
La méthode et le dispositif selon l'invention permettant l'application à des émissions impulsionnelles du principe général de traitement impliquant la conservation et le traitement du seul bit de signe des signaux reçus, rendent donc possible des opérations de prospection sismique en =iD par exemple durant un forage avec le déploiement d'un très grand nombre de capteurs et de voies d'acquisition dans des conditions économiques favorables.
Par la méthode selon l'invention on peut produire dans des conditions avantageuses des images en 3D par exemple avec une résolution analogue à celle offerte généralement par les méthodes classiques mais dans des conditions plus avantageuses. Ceci tient au fait que l'information numérisée est trés réduite si on la compare à
celle qui est necessaire dans les méthodes classiques procèdant à une numérisation à pleine précision, du fait que le nombre de bandes de fréquence subdivisant la bande sismique est dans la pratique relativement faible.
D'autres caractéristiques et avantages de la méthode et du dispositif selon L'invention apparaitront mieux à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation décrits à titre 3 0 d'exemples non Limitatifs, en se référant aux dessins annexés où
- la Fig.1 montre de façon schématique un système d'émission-réception 5a sismique dans le cas où l'émission d'impulsions sismiques est réalisée par un outil de forage;
- la fig.2 montre un e~:emple de système de réception adapté à de la prospection sismique en 2D ou 3D;
~~~~~~'~
- la Fig.3 est un schéma synoptique du dispositif selon l'invention;
- la Fig 4 montre un schéma synoptique de L'ensemble d= traitement inclus dans le dispositif et qui procède au traitemen: ~es données réduites à leurs bits de signe; et - les Fig.S et 6 montrent deux enregistrements sismiques obtenus respectivement en appliquant la méthode d'acquisition et de traitement selon l'invention et une méthode classique u=ilisant des signaux sismiques complets mesurés en pleine précision, dans la même bande de fréquence.
1~ La méthode selon l'invention peut être mise en oeuvre par exemple autour d'un puits 1 où est descendue une source d'impulsions sismiques. Cette source peut être un outil de forage 2 fixé à la base d'une colonne 3 et capable d'émettre de telles impulsions. On utilise par exemple un trépan du type tricône entraïné en rotation (forage rotary) qui, on le vérifie, émet des impulsions suffisamment puissantes distribuées de façon aléatoire dans le temps. On peut aussi utiliser par exemple des outils de forage associés à des moyens 4 pour leur appliquer des percussions, ou encore des sources du type SOSIE
(R> telles que celles décrites dans le brevet US No. 3 483 514.
2~ De préférence la méthode est mise en oeuvre durant le forage de couches souterraines Çes plus dures, de manière à obtenir des impacts de plus grande amplitude:
Les impulsions sismiques traversent les formations géologiques environnant le puits et après réflexion et/ou réfraction sur les discontinuités du sous-sol, sont reçues en surface par un ensemble de capteurs G tels que des géophones ou dés accéléromètres.
Ils sont disposés suivant une ligne dans le cas où l'on veut restituer un plan de profil sismique (2D> ou bien répartis en sû~face .dans le cas d'une prospection dite en 3D.
n Le système de réception sismique peut comporter par exemple un ou plusieurs câble s de transmission C1,.C2::. Cp ,(Fig:2): Chacun d'eux relie à un laboratoire central de commande et d'enregistrement - 4 -seismic reception system to collect waves and a laboratory central control and recording. It is characterized in that - the seismic source is adapted to emit an irregular sequence?
seismic pulses;
- the reception system includes a set of sensors and first filtering means to separate into several bands of adjacent frequency the spectrum of signals received by each sensor, and first clipping means to reduce each constitutive signal into an elementary signal indicative of its sign to every instant or sign bit;
- the seismic source is associated with second filtering means to separate into several identical adjacent frequency bands to those of the first filtering means, the spectrum of the signals emitted by the source, and second clipping means to reduce each constituent signal coming from the second filtering means in an elementary signal indicative of its sign at each instant or bit of sign;
- the central laboratory includes a processing unit comprising means for correlating the respective elementary signals from first and second clipping means, means of digital filtering to filter in each of said bands of frequency the signals from the correlation means and the means to sum the signals for each of the sensors separately correlated in relation to the same position of the source.
The seismic source is for example a drilling tool driven in rotation, and the reception system comprises for example ' a plurality of sensors arranged in the vicinity of the well being drilling. This drilling tool can for example be associated with means hydraulic to apply vertical constraints intermittent.
The reception system comprising for example devices acquisition linked to the centraC laboratory by means of transmission, to collect each signal received by several sensors, each acquisition device being provided with first filtering means and first clipping means, the central laboratory with recording facilities to store said elementary signals transmitted by a ~~ quisition devices and a calculator for perform said correlations and said summations.
Each acquisition device can include in addition to means for temporarily storing said signals elementary.
Preferably, according to another mode of realization, the emission of a random sequence of signals impulse seismic is carried out by means of: a source arranged on the surface. from the ground or in its vicinity.
The method and the device according to the invention allowing the application to impulse emissions of the general principle of processing involving the conservation and processing of the single bit of sign of the signals received, therefore make possible operations of seismic prospecting in = iD for example during drilling with the deployment of a very large number of sensors and channels acquisition under favorable economic conditions.
By the method according to the invention it is possible to produce in advantageous conditions of 3D images for example with a resolution similar to that generally offered by methods conventional but under more advantageous conditions. This is due to fact that the digitized information is very reduced if we compare it to that which is necessary in the classical methods carrying out a full precision scanning, because the number of tapes frequency subdividing the seismic band is in practice relatively small.
Other characteristics and advantages of the method and device according to the invention will appear better on reading the description below of embodiments described under 30 of nonlimiting examples, referring to the accompanying drawings where - Fig.1 shows schematically a transmission-reception system 5a seismic in the case where the emission of seismic pulses is made by a drilling tool;
- Fig.2 shows an e ~: example of a reception system suitable for 2D or 3D seismic prospecting;
~~~~~~ '~
- Fig.3 is a block diagram of the device according to the invention;
- Fig 4 shows a block diagram of the set of treatment included in the device and which processes: ~ es data reduced to their sign bits; and - Fig.S and 6 show two seismic records obtained respectively by applying the acquisition and treatment according to the invention and a conventional method u = ilisant complete seismic signals measured in full precision, in the same frequency band.
1 ~ The method according to the invention can be implemented by example around a well 1 where a source of pulses has descended seismic. This source can be a drilling tool 2 fixed to the base of a column 3 and capable of emitting such pulses. We use for example a drill bit of the tricone type driven in rotation (drilling rotary) which, if checked, emits sufficiently pulses powerful randomly distributed over time. Can also use for example drilling tools associated with means 4 for apply percussion to them, or SOSIE-type sources (R> such as those described in US Patent No. 3,483,514.
2 ~ Preferably the method is implemented during the drilling of harder underground layers, so as to obtain impacts of greater magnitude:
Seismic pulses pass through the formations geologic surrounding the well and after reflection and / or refraction on the discontinuities of the basement, are received on the surface by a set of G sensors such as geophones or accelerometers.
They are arranged along a line in case we want to restore a plan of seismic profile (2D> or else distributed in sur ~ face. in the case of a so-called 3D prospecting.
n The seismic reception system can for example include one or more transmission cables C1, .C2 ::. Cp, (Fig: 2): Each of them connects to a central control and recording laboratory
5, un ou plusieurs ensembles dé réception R1:.. 'Ri... Rn: Chacun de ces ensembles comporte par exempté plusieurs chapélets de capteurs interconnectés (strings) G1i, G2i... Gmi réunis chacun à un appareil d'acquisition de signaux Ai adapté à collecter les signaux reçus et à
les transmettre au laboratoire central 5. Une source sismique impulsionnelle S est aussi reliée au camion-laboratoire S, cette source pouvant être une source de surface comme le montre la fig.2 ou bien encore l'outil de forage déjà mentionné.
La mise en o~euvre de la méthode selon l'invention comporte le découpage du spectre de fréquence des signaux impulsionnels émis et reçus en une pluralitE= de bandes adjacentes (au moins deux), la réduction des signaux clans chaque bande de fréquence à leur seul bit de signe et la transmission au laboratoire central 5 pour enregistrement des séquences de bits de signe obtenus.
A cet effet on dispose à L'endroit le plus approprié, un ou plusieurs capteurs pour fournir des signaux représentatifs de la série d'impulsions réellement émises par la source S. Ces signaux sources ou pilotes peuvent être prélevés au voisinage de la source quand elle est en surface. Quand la source est un trépan de forage, Les signaux sources peuvent être captés au sommet du train de tiges ou bien au fond au voisinage du trépan. Dans ces cas, on peut utiliser par 2~ exemple un système de transmission tel que le TELEVIGILE décrit dans la demande de brevet français publié No. 2 656 ?47 Cou SN 636 z73).
Le signal pilote obtenu étant en l'occurrence une suite d'impulsions, et il est appliqué à plusieurs filtres passe-bande 6 à
bandes de fréquence adjacèntes F1, F2... Fk Ck étant au moins égal à
deux) recouvrant toute le spectre d'émission (Fig.3>. Les sorties respectives des filtres 6 précédents, sont connectées respectivement à
des circuits d'écrêtage du type "clipper" 7 qui produisent à Leurs sorties respectives des signaux logiques indicatifs de leur signe (bits de signe) s1, s~... sk. Ces signaux sont transférés dans un 3~ moyen de mémorisation ou d'enregistrement 8 du laboratoire central 5.
On procède de la même façon avec les signaux reçus par chacun des capteurs. Le signal g1i reçu par le capteur G1i de l'ensemble Ri (Fig.2) est appliqué après passage dans un préamplificateur PA1i, à l'entrée de plusieurs filtres complémentaires _8-passe-bande 9 dont les bandes passantes respectives F1, FZ... Fk sont identiques aux précédentes. Les différents signaux complémentaires issus des filtres, sont appliqués à d'autres écrêteurs ou "clippers"
qui produisent sur leurs sorties respectives des séquences de bits de signe g1i1, g1i2... g1ik qui sont stockés dans une mémoire locale Mi. Il en est de même pour les signaux g2i...gmi reçus par les autres capteurs G2i... Gmi respectivement. Au signal gmi produit par ce dernier par exemple, correspond les séquences de bits de signe gmi1, gmi2... gmik qui sont stockées aussi dans la mémoire locale Mi.
10 A la fin de chaque période de réception, tous les bits de signe mémorisés dans la mémoire locale Mi, sont transférés par Les différents câbles C1... Cp dans le moyen de mémorisation 8 du laboratoire central 5.
La phase de traitement des données de signe mémorisées dans le moyen de mémorisation 8 comporte notamment - la corrélation (cross-correlation) de chaqué séquence de bits de signe associée aux signaux émis dans chacune des bandes de fréquence complémentaires avec chaque séquence de bits de signe associée aux signaux reçus par chaque chaque capteur du système de réception;
- le filtrage des signaux résultant des corrélations effectuées dans ' chacune desdites bandes de fréquence par des filtres de bande passante adaptée à celles des filtres passe-bandé 6;
- la sommation après corrélation des contributions dues à un même capteur, et ceci pour chacun des capteurs du système de réception sur le terrain; et - la formation de coupes sismiques à partir des sommations précédentes.
On complota de préférence les étapes de traitement précédentes par des sommations classiques en couverture multiple (~DP) par exemple pour améliorer la lisibilité des coupes sismiques obtenues.
Les opérations de traitement pr~ëcédentes sont réalisées dans une unité de traitemént 11 incluse dans le laboratoire central 5.
Cette unité de traitement peut comporter (Fig.4) des processeurs _ g spécialisés XCOR'1... XCORI... XCORk connectés au moyen de mémorisation 8. Les séquences de bits de signe gi1... gil... gik associées aux signaux reçus par un capteur quelconque Gi du système de réception et issus de chaque batterie de filtres 6 à bandes de fréquence adjacentes F1 à Fk, sont corrélées respectivement avec les séquences correspondantes s1 à sk des signaux émis. Les sorties des processeurs spécialisés sont connectes respectivement à des filtres numériques 12 dont les bandes passantes sont adaptées à celles des filtres 6.
L'usage de ces filtres numériques 12 est justifié dans la pratique du fait que l'écrëtage (clipping> opéré par Les écrêteurs 10 engendre des fréquences parasites qui n'existaient pas dans le spectre des signaux reçus. Les sarties des filtres numériques 12 sont connectées aux différentes entrées d'un sommateur 13 qui filtre et ajoute toutes Les contributions. On peut utiliser par exemple un sommateur pouvant faire une pondération particulière des signaux à sommer.
L'unité de traitement 11 peut être aussi un calculateur programmable et dans ce cas, Les opérations de traitement précédentes sont réalisées par programmation du calculateur.
Les Fig. 5 et 6 témoignent de la validité de la méthode.
Elles montrent des séries de 12 traces produites chacune successivement par trois géophones G1, G2, G3 et un accéléromètre A
déplacés en une suite d'emplacements le long d'un profil sismiq~ie. A
chaque cote, on a enregistré les signaux captés en réponse à une séquence d'impulsions durant par exemple deux minutes. Le spectre de fréquence émis Cde 20 à 80 Hz par exemple) a été subdivi-sé en deux octaves : 20-40Hz et 40-80Hz. La Fig. 5 montre la coupe sismique qui a été obtenue par une méthode classique avec échantillonnage et numérisation à pleine précision généralement à 1ô dits des signaux reçus. La Fig. b montre le résultat obtenu par la méthode selon l°invention. Après subdivis9on en deux octaves (20 à 40 Hz) et (40 à
80 Hz) par exemple, écrêtage, conservation des séquences de bits de signe, corrélations et sommations comme décrit ci-dessus, on a pu réaliser un enregistrement sismique brut qui offre une très bonne ressemblance avec celle de la Fig. 5 obtenue par une méthode classique, sans avoir eu besoin pour L'obtenir, d'un appareillage d'acquisition sismique aussi complet et aussi performant que celui oue l'on emploie habituellement par les méthodes conventionnelles.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant un système de réception sismique avec des capteurs placés dans un puits. 5, one or more sets of reception R1: .. 'Ri ... Rn: Each of these sets include several exempted chaplets of sensors interconnected (strings) G1i, G2i ... Gmi each joined to a device signal acquisition Ai adapted to collect the received signals and to transmit them to the central laboratory 5. A seismic source impulse S is also connected to the laboratory truck S, this source can be a surface source as shown in fig.2 or well still the drilling tool already mentioned.
The implementation of the method according to the invention comprises the cutting of the frequency spectrum of the pulse signals transmitted and received in a plurality = from adjacent bands (at least two), the reduction of signals in each frequency band to their single bit sign and transmission to central laboratory 5 for recording the sequences of sign bits obtained.
For this purpose we have at the most suitable place, one or multiple sensors to provide signals representative of the series of pulses actually emitted by the source S. These source signals or pilots can be collected near the source when it is surface. When the source is a drill bit, The signals sources can be captured at the top of the drill string or at the background near the drill bit. In these cases, one can use by 2 ~ example a transmission system such as TELEVIGILE described in published French patent application No. 2,656? 47 Cou SN 636 z73).
The pilot signal obtained being in this case a sequence of pulses, and it is applied to multiple bandpass filters 6 to adjacent frequency bands F1, F2 ... Fk Ck being at least equal to two) covering the entire emission spectrum (Fig. 3>. The outputs respective filters 6 above, are respectively connected to clipper-type clipping circuits 7 which produce at their respective outputs of logic signals indicative of their sign (sign bits) s1, s ~ ... sk. These signals are transferred to a 3 ~ means of memorization or recording 8 of the central laboratory 5.
We proceed in the same way with the signals received by each of the sensors. The signal g1i received by the sensor G1i from the set Ri (Fig. 2) is applied after passing through a PA1i preamplifier, at the input of several additional filters _8-bandpass 9 whose respective bandwidths F1, FZ ... Fk are identical to the previous ones. The different complementary signals from the filters, are applied to other clippers or "clippers"
which produce bit sequences on their respective outputs sign g1i1, g1i2 ... g1ik which are stored in local memory Mi. The same is true for g2i ... gmi signals received by others G2i ... Gmi sensors respectively. At the gmi signal produced by this last for example, corresponds to the bit sequences of sign gmi1, gmi2 ... gmik which are also stored in the local Mi memory.
10 At the end of each reception period, all the bits of sign memorized in the local memory Mi, are transferred by Les different cables C1 ... Cp in the storage means 8 of the central laboratory 5.
The processing phase of the sign data stored in the storage means 8 comprises in particular - the cross-correlation of each sequence of bits of sign associated with the signals emitted in each frequency band complementary with each sequence of sign bits associated with signals received by each each sensor of the reception system;
- the filtering of the signals resulting from the correlations carried out in ' each of said frequency bands by band filters bandwidth adapted to that of the band-pass filters 6;
- summation after correlation of contributions due to the same sensor, and this for each of the sensors of the reception system in the field; and - the formation of seismic sections from summations previous.
Preferably plot the processing steps previous by conventional summations with multiple cover (~ DP) for example to improve the readability of seismic sections obtained.
The previous processing operations are carried out in a processing unit 11 included in the central laboratory 5.
This processing unit can include (Fig. 4) processors _ g specialized XCOR'1 ... XCORI ... XCORk connected by means of storage 8. The bit sequences of sign gi1 ... gil ... gik associated with signals received by any sensor Gi from the reception system and from each filter bank 6 with adjacent frequency bands F1 to Fk, are respectively correlated with the sequences corresponding s1 to sk of the signals transmitted. Processor outputs are respectively connected to digital filters 12 whose bandwidths are adapted to those of the filters 6.
The use of these digital filters 12 is justified in the practice of the fact that clipping> operated by Les Écêteurs 10 generates spurious frequencies which did not exist in the signal spectrum received. The digital filter sarties 12 are connected to the different inputs of a summator 13 which filters and adds all the contributions. We can use for example a summator which can make a particular weighting of the signals to be summed.
The processing unit 11 can also be a computer programmable and in this case, previous processing operations are carried out by programming the computer.
Figs. 5 and 6 testify to the validity of the method.
They show series of 12 traces each produced successively by three geophones G1, G2, G3 and an accelerometer A
moved in a series of locations along a seismic profile ~ ie. AT
each rating, the signals received were recorded in response to a pulse sequence lasting for example two minutes. The spectrum of emitted frequency Cde 20 to 80 Hz for example) has been subdivided into two octaves: 20-40Hz and 40-80Hz. Fig. 5 shows the seismic section which has been obtained by a conventional method with sampling and full-precision scanning, generally at 1 o said signals received. Fig. b shows the result obtained by the method according to the invention. After subdivision into two octaves (20 to 40 Hz) and (40 to 80 Hz) for example, clipping, storing bit sequences of sign, correlations and summations as described above, we were able to make a raw seismic recording which offers very good resemblance to that of FIG. 5 obtained by a method classic, without the need to obtain it, an apparatus seismic acquisition as complete and as efficient as that it is usually used by conventional methods.
It would not go beyond the scope of the invention to use a seismic reception system with sensors placed in a well.
Claims (13)
- l'émission d'une suite irrégulière de signaux sismiques impulsionnels;
- la réception des signaux sismiques ayant traversé les formations et les signaux sismiques qui ont été émis;
- le découpage du spectre de fréquence des signaux reçus et des signaux impulsionnels émis en plusieurs bandes de fréquence;
- dans chacune desdites bandes ainsi formées, la réduction des signaux reçus en séquences de signaux élémentaires indicatifs de leurs signes respectifs ou bits de signe;
- dans chacune desdites bandes de fréquence également, la réduction des signaux impulsionnels émis à des séquences de signaux élémentaires indicatifs de leurs signes respectifs ou bits de signe;
- la corrélation dans chaque bande de fréquence des signaux élémentaires associés respectivement aux signaux émis et reçus; et - le filtrage des signaux résultent des corrélations effectuées dans chacune desdites bandes de fréquence par des filtres de bande passante adaptée. 1) Method of seismic exploration of the subsoil, characterized in that it comprises in combination:
- the emission of an irregular series of seismic signals impulse;
- reception of seismic signals having passed through the formations and the seismic signals which have been emitted;
- the cutting of the frequency spectrum of the received signals and the pulse signals transmitted in several frequency bands;
- in each of said bands thus formed, the reduction of the signals received in sequences of elementary signals indicative of their respective signs or sign bits;
- also in each of said frequency bands, the reduction impulse signals sent to signal sequences elementary indicative of their respective signs or sign bits;
- the correlation in each frequency band of the signals elementary associated respectively with the transmitted and received signals; and - the filtering of the signals results from the correlations carried out in each of said frequency bands by band filters adapted bandwidth.
- le système de réception comporte un ensemble de capteurs et des premiers moyens de filtrage pour séparer en plusieurs bandes de fréquence adjacentes le spectre des signaux reçus par chaque capteur, et des premiers moyens d'écrêtage pour réduire chaque signal constitutif en un signal élémentaire indicatif de son signe à
chaque instant ou bit de signe;
- la source sismique est associée à des deuxièmes moyens de filtrage pour séparer en plusieurs bandes de fréquence adjacentes identiques à celles des premiers moyens de filtrage, le spectre des signaux émis par la source, et des deuxièmes moyens d'écrêtage pour réduire chaque signal constitutif issu des deuxièmes moyens de filtrage en un signal élémentaire indicatif de son signe à chaque instant ou bit de signe;
- Le laboratoire central comprend un ensemble de traitement comportant des moyens pour corréler les signaux élémentaires respectifs issus des premiers et des deuxièmes moyens d'écrêtage, des moyens de filtrage numérique pour filtrer dans chacune desdites bandes de fréquence tes signaux issus des moyens de corrélation et des moyens pour sommer séparément pour chacun des capteurs, les signaux corrélés en relation avec une même position de la source. 9) Seismic underground exploration device comprising an impulse seismic source, a seismic reception system to capture the waves returned by the discontinuities in the basement and a central laboratory. control and recording device, characterized by what - the seismic source is adapted to emit an irregular sequence seismic pulses;
- the reception system includes a set of sensors and first filtering means to separate into several bands of adjacent frequency the spectrum of signals received by each sensor, and first clipping means to reduce each constitutive signal into an elementary signal indicative of its sign to every instant or sign bit;
- the seismic source is associated with second filtering means to separate into several identical adjacent frequency bands to those of the first filtering means, the spectrum of the signals emitted by the source, and second clipping means to reduce each constituent signal coming from the second filtering means in an elementary signal indicative of its sign at each instant or bit of sign;
- The central laboratory includes a processing unit comprising means for correlating the respective elementary signals from first and second clipping means, means of digital filtering to filter in each of said bands of frequency your signals from the correlation means and the means to sum the signals for each of the sensors separately correlated in relation to the same position of the source.
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